馮 定,楊志遠(yuǎn),周 魁

(1.長江大學(xué),湖北荊州434023;2.中海石油天津分公司,天津300452)

輕型可搬遷式海洋鉆修機(jī)模塊劃分方案研究

馮 定1,楊志遠(yuǎn)2,周 魁1

(1.長江大學(xué),湖北荊州434023;2.中海石油天津分公司,天津300452)

輕型可搬遷式海洋模塊化鉆修機(jī)模塊劃分方案是鉆機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一,模塊劃分情況直接影響到整個(gè)鉆機(jī)的設(shè)計(jì)和建造。按照藍(lán)疆號(hào)浮吊、濱海108浮吊和芝罘島號(hào)浮吊的吊裝能力,對(duì)SZ36-1Ⅱ模塊鉆機(jī)進(jìn)行不同的模塊劃分方案分析。從建造的難易度、經(jīng)濟(jì)性以及搬遷的可行性等方面進(jìn)行對(duì)比,確定適合輕型可搬遷式海洋模塊鉆機(jī)模塊劃分的方案,并對(duì)模塊鉆機(jī)的海上安裝順序進(jìn)行了簡要介紹。

海洋鉆機(jī);模塊劃分;浮吊

輕型可搬遷式海洋模塊化鉆修機(jī)模塊劃分方案是鉆機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一,模塊劃分情況直接影響到整個(gè)鉆機(jī)的設(shè)計(jì)和建造[1-2]。模塊的劃分要比較建造的難易度、經(jīng)濟(jì)性以及搬遷的可行性等,最重要的是要考慮浮吊能力。

1 我國常用浮吊基本參數(shù)

目前,我國的浮吊有3類可供選用:①大型浮吊,例如藍(lán)疆號(hào)浮吊(最大起吊質(zhì)量3 800 t);②中型浮吊,例如濱海108號(hào)(最大起吊質(zhì)量900 t);③300 t左右的小型浮吊,例如芝罘島號(hào)(最大起吊質(zhì)量350 t)。這3類浮吊的基本參數(shù)如表1。

表1 3類浮吊基本參數(shù)

2 根據(jù)浮吊的能力劃分模塊

考慮浮吊的不同使用年限,起重能力均需考慮不同程度的折扣。由于模塊鉆機(jī)位于平臺(tái)頂甲板之上,加上模塊鉆機(jī)自身也有一定的高度,并且部分模塊位于距舷邊較遠(yuǎn)的位置,所以還需要考慮吊裝高度和回轉(zhuǎn)半徑的影響[3]。綜合上述因素,具體到不同項(xiàng)目,所劃分的模塊單重相對(duì)于浮吊的最大起重能力都有較大差距,否則無法保證每個(gè)模塊都能在平臺(tái)上安裝到位[4-5]。按照藍(lán)疆號(hào)浮吊、濱海108浮吊和芝罘島號(hào)浮吊的能力對(duì)SZ36-1Ⅱ模塊鉆機(jī)進(jìn)行方案分析。

2.1 藍(lán)疆號(hào)浮吊吊裝模塊劃分方案

按照藍(lán)疆號(hào)和類似浮吊的吊裝能力,對(duì)模塊質(zhì)量限制不大,按照常規(guī)模塊鉆機(jī)的大模塊劃分方案,即1個(gè)鉆井設(shè)備模塊、1個(gè)鉆井支持模塊包含動(dòng)力部分和灰罐系統(tǒng),具體到SZ36-1Ⅱ模塊鉆機(jī),組成如下。

a) 模塊1 鉆井設(shè)備模塊主要包括鉆臺(tái)底座、司鉆控制室、鉆臺(tái)值班房、絞車撬塊、轉(zhuǎn)盤及其傳動(dòng)裝置、井架底座和井架天車(帶著天車的井架上體縮回到井架底座中方便吊裝)、死繩固定器、倒繩機(jī)、氣動(dòng)或液壓絞車(2臺(tái))、液壓貓頭(2個(gè))、立管管匯、水泥管匯、節(jié)流管匯和氣液分離器、下層移動(dòng)底座、BOP移動(dòng)導(dǎo)軌和BOP吊具、BOP及BOP固定架(運(yùn)輸和吊裝時(shí)用)、儲(chǔ)能器及BOP控制系統(tǒng)其他附件、沉砂罐、振動(dòng)篩(2臺(tái))、聯(lián)合清潔器、除氣器、離心機(jī)、遠(yuǎn)程控制組合液壓站、步進(jìn)裝置、計(jì)量罐、梯子等附件,總質(zhì)量約550 t。

b) 模塊2 主要包括VFD房、MCC房、變壓器及諧波濾波器房;泥漿泵組(2臺(tái))、灌注泵、空壓機(jī)、氣罐、鍋爐和其他附件;泥漿罐組,包括循環(huán)罐,攪拌器、加重系統(tǒng)和泥漿值班室等;灰罐及附件;管子堆場(chǎng)、貓道、其他附件;在吊裝運(yùn)輸過程中可將拆除的井架中間段、二層臺(tái)、梯子和井架其他附件、游車、頂驅(qū)、頂驅(qū)導(dǎo)軌和附件、拖鏈以及其他散件等固定在管子堆場(chǎng)上一起移運(yùn),總質(zhì)量約670 t。

該吊裝方案可以把整個(gè)鉆機(jī)分為2個(gè)大的吊裝模塊(根據(jù)布置需要也可將灰罐模塊分離出來單獨(dú)成橇,此時(shí)整個(gè)鉆機(jī)分為3個(gè)吊裝模塊),每個(gè)模塊質(zhì)量不受吊重限制。這種模塊的分割方式是模塊鉆機(jī)的模塊自然分割,分割后模塊數(shù)量控制到最少,安裝時(shí)由于接口數(shù)量較少,安裝方便快捷。

2.2 濱海108號(hào)浮吊吊裝模塊劃分方案

按照濱海108號(hào)的吊裝能力和吊裝高度較低(主鉤起吊高度66 m),模塊設(shè)計(jì)質(zhì)量控制在500 t以內(nèi),同時(shí)考慮模塊功能盡可能集中,盡量減少模塊與模塊之間的接口。

a) 模塊1 鉆臺(tái)底座及其上設(shè)備,主要包括鉆臺(tái)底座、司鉆控制室、鉆臺(tái)值班房、絞車撬塊、轉(zhuǎn)盤及其傳動(dòng)裝置、死繩固定器、倒繩機(jī)、液壓絞車(2臺(tái))、液壓貓頭(2個(gè))、循環(huán)管匯系統(tǒng)、節(jié)流管匯系統(tǒng)和氣液分離器;下層移動(dòng)底座部分主要包括下層移動(dòng)底座、BOP移動(dòng)導(dǎo)軌和BOP吊具、BOP及BOP固定架(運(yùn)輸和吊裝時(shí)用)、儲(chǔ)能器及BOP控制系統(tǒng)其他附件、沉砂罐、振動(dòng)篩(2臺(tái))、聯(lián)合清潔器、除氣器、離心機(jī)、遠(yuǎn)程控制組合液壓站、步進(jìn)裝置、計(jì)量罐、梯子等附件,總質(zhì)量約500 t。

b) 模塊2 泥漿模塊,主要包括泥漿泵組(2臺(tái))、灌注泵、空壓機(jī)、氣罐、鍋爐和其他附件;循環(huán)罐,攪拌器、加重系統(tǒng)和泥漿值班室等;管子堆場(chǎng)、貓道、其他附件;游車、頂驅(qū)、頂驅(qū)導(dǎo)軌和附件、拖鏈以及其它散件等固定在管子堆場(chǎng)上一起移運(yùn),總質(zhì)量約500 t。

c) 模塊3 動(dòng)力系統(tǒng)及電傳控制系統(tǒng)部分,主要包括VFD房、MCC房、變壓器及諧波濾波器房;在吊裝運(yùn)輸過程中可將拆除的井架中間段、二層臺(tái)、梯子和井架其他附件等固定在電控房上一起移運(yùn),總質(zhì)量約160 t。

d) 模塊4 灰罐橇及附件,質(zhì)量約55 t。

e) 模塊5 井架底座和井架天車(帶著天車的井架上體縮回到井架底座中方便吊裝),總質(zhì)量約50 t。

整個(gè)鉆機(jī)可以分為5個(gè)大的吊裝模塊,每個(gè)模塊質(zhì)量均控制500 t以內(nèi),每個(gè)模塊都可以獨(dú)立吊裝、運(yùn)輸,最大模塊質(zhì)量在500 t,最小的模塊質(zhì)量55 t。這種分割方式分割后模塊數(shù)量較少,各模塊的質(zhì)量適中,模塊與模塊之間的質(zhì)量相差不是很大,在模塊搬遷裝船時(shí)較容易調(diào)節(jié)、控制。

2.3 芝罘島號(hào)浮吊吊裝模塊劃分方案

按照芝罘島號(hào)和類似浮吊的吊裝能力,模塊質(zhì)量控制在250 t以內(nèi),同時(shí)考慮浮吊吊臂變幅對(duì)吊重的影響,還需在平臺(tái)頂甲板設(shè)置延伸至平臺(tái)邊緣的滑軌,將無法一次就位的模塊滑移至目的位置。

a) 模塊1 鉆臺(tái)底座及其上設(shè)備,主要包括鉆臺(tái)底座、司鉆控制室、鉆臺(tái)值班房、絞車撬塊、轉(zhuǎn)盤及其傳動(dòng)裝置、死繩固定器、倒繩機(jī)、液壓絞車(2臺(tái))、液壓貓頭(2個(gè))、循環(huán)管匯系統(tǒng)、節(jié)流管匯系統(tǒng)和氣液分離器,總質(zhì)量約200 t。

b) 模塊2 下層移動(dòng)底座部分,主要包括下層移動(dòng)底座、BOP移動(dòng)導(dǎo)軌和BOP吊具、BOP及BOP固定架(運(yùn)輸和吊裝時(shí)用)、儲(chǔ)能器及BOP控制系統(tǒng)其他附件、沉砂罐、振動(dòng)篩(2臺(tái))、聯(lián)合清潔器、除氣器、離心機(jī)、遠(yuǎn)程控制組合液壓站、步進(jìn)裝置、計(jì)量罐、梯子等附件,總質(zhì)量約250 t。

c) 模塊3 動(dòng)力系統(tǒng)及電傳控制系統(tǒng)部分,主要包括VFD房、MCC房、變壓器及諧波濾波器房;在吊裝運(yùn)輸過程中可將拆除的井架中間段、二層臺(tái)、梯子和井架其他附件等固定在電控房上一起移運(yùn),總質(zhì)量約160 t。

d) 模塊4 泥漿泵組模塊,主要包括泥漿泵組(2臺(tái))、灌注泵、空壓機(jī)、氣罐、鍋爐和其他附件;管子堆場(chǎng)的一部分,總質(zhì)量約250 t。

e) 模塊5 泥漿罐組,包括循環(huán)罐,攪拌器、加重系統(tǒng)和泥漿值班室等;管子堆場(chǎng)的一部分、貓道、其他附件;游車、頂驅(qū)、拖鏈以及其它散件等固定在管子堆場(chǎng)上一起移運(yùn),總質(zhì)量約230 t。

f) 模塊6 灰罐橇及附件,總質(zhì)量約55 t。

g) 模塊7 井架底座和井架天車(帶著天車的井架上體縮回到井架底座中方便吊裝),總質(zhì)量約50 t。

整個(gè)鉆機(jī)可以分為7個(gè)大的吊裝模塊,每個(gè)模塊質(zhì)量均控制在250 t以內(nèi),每個(gè)模塊都可以獨(dú)立吊裝、運(yùn)輸,最大模塊質(zhì)量250 t,最小的模塊質(zhì)量50 t。這種分割方式分割后模塊數(shù)量較少,各模塊的質(zhì)量適中,模塊與模塊之間的質(zhì)量相差不是很大,在模塊搬遷裝船時(shí)較容易調(diào)節(jié)、控制。在搬遷時(shí)如遇駁船資源緊張可以使用噸位較小的駁船運(yùn)輸和結(jié)合浮吊甲板裝載進(jìn)行搬遷工作。

3 3種模塊鉆機(jī)方案對(duì)比分析

主要從建造的難易度、經(jīng)濟(jì)性以及搬遷的可行性等方面進(jìn)行對(duì)比,如表2。

為了體現(xiàn)輕型的理念,只有芝罘島號(hào)劃分方案采用了自主發(fā)電,應(yīng)急電量由主平臺(tái)提供,主發(fā)電由2臺(tái)卡特皮勒柴油發(fā)電機(jī)來提供;而濱海108劃分方案和藍(lán)疆號(hào)劃分方案采用了相反的設(shè)計(jì)思想,主電量由主平臺(tái)來提供,模塊鉆機(jī)自身只配置1臺(tái)卡特皮勒柴油發(fā)電機(jī)為模塊鉆機(jī)本體的應(yīng)急發(fā)電使用。此種配置方案在一定程度上節(jié)約了建造成本,同時(shí)也減小了占用甲板的面積,但是該方案的前提是主平臺(tái)的主電富裕量必須能夠滿足鉆機(jī)最大載荷的正常工作用電量。考慮到搬遷到其他平臺(tái)時(shí)可能無法實(shí)現(xiàn)主平臺(tái)的供電,濱海108劃分方案在合適的位置留有一個(gè)能夠滿足卡特比勒柴油機(jī)安裝的空位,如果出現(xiàn)搬遷后主平臺(tái)無法提供鉆機(jī)工作電量的情況下,或租或買1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)與原有的1臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)并車工作滿足鉆機(jī)的正常鉆井。

在模塊鉆機(jī)安裝和搬遷時(shí),單獨(dú)動(dòng)用類似藍(lán)疆號(hào)的大型浮吊進(jìn)行施工既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)。根據(jù)海洋工程的施工現(xiàn)狀,動(dòng)用類似芝罘島號(hào)的小型浮吊和類似濱海108的中型浮吊雖然也有難度,但都還能夠協(xié)調(diào)。

特別考慮搬遷時(shí)資源的協(xié)調(diào)空間,利用小型浮吊搬遷方案可能更加適合SZ36-1Ⅱ可搬遷模塊鉆機(jī)。鉆機(jī)可按7大模塊劃分,質(zhì)量控制在250 t以內(nèi),第1次安裝和搬遷時(shí)既可以用類似芝罘島號(hào)的小型浮吊,又可以用類似濱海108的中型浮吊。

4 模塊鉆機(jī)安裝順序

模塊鉆機(jī)包括鉆井設(shè)備模塊下底座、鉆井設(shè)備模塊上底座、鉆井支持西模塊、鉆井支持東模塊、動(dòng)力模塊[5],海上安裝時(shí)分別使用浮吊吊裝上平臺(tái)組塊,每個(gè)模塊吊裝質(zhì)量控制在250 t以內(nèi),鉆井設(shè)備模塊吊裝時(shí),井架不裝配在模塊上,需單獨(dú)吊裝。模塊安裝順序:

a) 鉆井設(shè)備模塊下底座。

b) 鉆井設(shè)備模塊上底座。

c) 鉆井支持西模塊。

d) 鉆井支持東模塊。

表2 3種模塊鉆機(jī)設(shè)計(jì)方案對(duì)比

e) 動(dòng)力設(shè)備模塊。

f) 灰罐橇。

g) 井架和底座。

h) 其他散件。

5 結(jié)語

模塊鉆修機(jī)分塊較容易,模塊數(shù)量少,海上安裝吊裝次數(shù)少,占用海洋浮吊時(shí)間短,主體鋼構(gòu)的鋼量耗損較低,建造費(fèi)用比較低[7]。主要設(shè)備二次搬遷,可使用平臺(tái)吊機(jī),不產(chǎn)生租用海洋浮吊的費(fèi)用,主要設(shè)備搬遷后,只要再增加少量必要的設(shè)備就可以完成基本鉆修井作業(yè),節(jié)約了再造鉆修機(jī)的費(fèi)用,主要設(shè)備搬遷到其他平臺(tái)上使用,只需要單機(jī)調(diào)試和系統(tǒng)調(diào)試就可投入使用,節(jié)省了大量建造的費(fèi)用和時(shí)間。海洋鉆修機(jī)進(jìn)行輕型化和模塊化必將成為發(fā)展趨勢(shì)。

[1] 馮 定,唐海雄,周 魁.模塊鉆機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].石油機(jī)械,2008,36(9):143-147.

[2] 馮 定,華北莊,周迪勛.智能支持環(huán)境的石油機(jī)械產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)[J].石油機(jī)械,1996,24(4):1-5.

[3] 張曉軍,戴克文,徐 鵬.海洋平臺(tái)9 000 m鉆井模塊絞車的研制[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(3):77-79.

[4] 鄒龍慶,李翠艷,王樹忠,等.ZJ40/2250DB型鉆機(jī)井架及底座靜動(dòng)態(tài)特性研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2007,36 (2):15-17.

[5] 楊志遠(yuǎn),馮 定,周 魁,等.輕型可搬遷式海洋模塊鉆修機(jī)固控系統(tǒng)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(11): 65-69.

[6] 郭誼民,陳增偉,楊 森.輕型鉆機(jī)模塊化應(yīng)用技術(shù)[J].石油機(jī)械,2002,30(2):1-3.

[7] Bocabarteille G.,Dupuis D,Araujo J.Pride International. Megathyst Units-Operational Optimization With Four Identical Drilling Rigs After Five Years of Operation[J].IADC/SPE 112597,2008:1-9.

Discussion on Module Division for Light Removable Offshore Drilling Platform

FENG Ding1,YANG Zhi-yuan2,ZHOU Kui1
(1.Yangtze University,J ingzhou434023,China;2.CNOOC Limited-Tianjin,Tianjin300452,China)

One of the key technologies of rig designing program is the division to removable light drilling platform,how to divide the module affects the entire rig designing and construction directly.In accordance with the hoisting ability to the Blue Jiang floating crane,108-sur-mer floating crane and Zhifu Island floating crane,the analysis to different modules division on the SZ36-1 II modules rig is presented.From the degree of difficulty to construction,the economy and the feasibility of removable to compare the determination of the appropriate program of module division to removable light offshore drilling platform.Finally,a brief description is presented as well according to the order of installation arrangement of offshore drilling platform.

offshore drilling ring;module division;floating crane

1001-3482(2010)02-0044-04

TE951

A

2009-05-22

馮 定(1963-),男,安徽東至人,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事石油機(jī)械及井下工具的設(shè)計(jì)、診斷及動(dòng)態(tài)仿真的技術(shù)研究,E-mail:fengd0861@yahoo.com。